土力学 绪论

岩石风化
一、土具有碎散性 的产物
非连续介质
二、土是三相体系
•固相—土骨架 •液相—水
•气相—空气
多相介质
三、土有自然变异性 土是自然界的产物
土有哪些特点？
碎散性 三相体系 自然变异性
力学特性复杂
• 变形特性
• 强度特性 • 渗透特性
土力学有何特点？
学科 土力学
研究对象
天然的三相碎散 堆积物（碎散材料）
Journal for Geomechanics
为什么要学习土力学？
一、土具有广泛的工程应用
1）土木工程建筑材料 2）建筑物基础的地基 3）建筑环境
二、 存在大量与土有关的工程问题
为什么要学习土力学？
➢强度问题 ➢变形问题 ➢渗透问题
学习土力学可以解决工程实践问题，这正
是土力学存在的价值以及我们学习土力学的 目的。
Transcona Grain Elevation （加拿大特朗斯康谷仓）
该谷仓平面呈矩形，南北向长59.44m，东西向宽23.47m ，高31.00m，容积36368立方米，容仓为圆筒仓，每排13个圆 仓，5排共计65个圆筒仓。谷仓基础为钢筋混凝土筏板基础， 厚度61cm，埋深3.66m。谷仓于1911年动工，1913年完工， 空仓自重20000T，相当于装满谷物后满载总重量的42.5%。
Valentin Joseph Boussinesq (1842-1929)
Boussinesq 是法国著名的物理学家和数学家。他 1867 年获得博士学位后，先在多所学校担任数学教师，之后担任 里尔理学院（ Faculty of Sciences of Lille ）的微积分学教 授 (1872-1886) 、 巴黎大学 （ Sorbonne ） 数学和物理教 授 （ 1886 ）， 1886 年当选法国科学院院士。
1913年9月装谷物，10月17日当谷仓已装了31822 谷物时 ，发现1小时内竖向沉降达30.5cm，结构物向西倾斜，并在 24小时内谷仓倾斜，倾斜度离垂线达26°53ˊ，谷仓西端下 沉7.32m，东端上抬1.52m，上部钢筋混凝土筒仓坚如磐石 。
谷仓地基土事先未进行调查研究，据邻近结构物基槽开 挖试验结果，计算地基承载力为352kPa，应用到此谷仓。 1952年经勘察试验与计算，谷仓地基实际承载力为（193.8276.6）kPa，远小于谷仓破坏时发生的压力329.4kPa，因 此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。 事后在下面做 了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388个50t千斤顶 以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降 低了４米。
—60年代，土力学的研究基本上是对原有的理论与试验充实与完善。 —自60年代后，随着电子计算机的出现和计算技术的高速发展，使土
力学的研究进入了一个全新的阶段。
快速发展阶段 最突出的工作是用新的非线性应力应变关系代替过去的理想弹塑性 体。随着应力应变模型建立，以此为基础建立了新的理论体系。
—1957年，D.C.Drucker提出了土力学与加工硬化塑性理论。对土的 本构模型研究起了很大的推动作用。
连续介质力学 的基本知识
描述碎散体 特性的理论
土力学
土有哪些特点？
土是指： 地球表面的整体岩石
在大气中经受长期的风 化作用而形成的、覆盖 在地表上的、以岩石颗 粒为主体骨架的没有胶 结或弱胶结的松散堆积 物。
岩石 风化
松散堆积物 天然土
人为土：矿渣 粉煤灰 建筑生活垃圾 （垃圾土）
土有哪些特点？
Rankine 进入爱丁堡大学学习 2 年后，他离校去做一名 土木工程师。 1840 年后，他转而研究数学物理， 1848 ～ 1855 年间，他用大量精力研究理论物理、热力学和应用力学 。 1855 年后， Rankine 在格拉斯哥大学担任土木工程和力学 系主任。 1853 年当选为英国皇家学会会员。他一生论著颇丰 ，共发表学术论文 154 篇，并编写了大量的教科书及手册。
—1963年，英国Cambridge大学的Roscoe等人提出了剑桥模型。 —许多学者纷纷进行研究，并召开多次学术会议。提出了各种应力应
变模型。
K H Roscoe （ 1914-1970 ）
Roscoe 1914 年 12 月出生于英国， 1934 年在剑桥 大学的 接受本科教育。二战后， Roscoe 返回剑桥 大学读研究生，毕业后留校从事土力学的研究，并 建立了土力学实验室。他于 1958 年所提交的论文 《关于土体的屈服》奠定了临界状态土力学的基础， 被英国土力学学会授予成就奖。他的研究成果主要 包括：所设计的剪切仪成为以后土力学平面剪切仪 的先驱；提出了确定土体临界状态时孔隙比的方法； 提出的剑桥模型创建了临界状态土力学，为现代土 力学的诞生和发展作出了重要贡献。在他的领导下， 剑桥大学关于土力学机理的研究成果得到国际岩土 工程界的普遍认可。以 Roscoe 为奠基者的剑桥学 派在现代土力学的发展历史中占有重要的地位。
Terzaghi 是第一届到第三届（ 1936 ～ 1957 ） ISSMFE （国际土力学与基础工程学会）的主席，曾 4 次荣获 ASCE （美国土木工程师协会）的 Norman 奖（ 1930 ， 1943 ， 1946 ， 1955 ），并被 8 个国家的 9 个大学授予荣誉博士学 位。为表彰 Terzaghi 的杰出成就，美国土木工程师协会还设 立了 Terzaghi 奖。
—1936, 在美国召开的第一届国际土力学与基础工程会议1st (ICSMFE) International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering
—2005, 16th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Osaka ,Japan
Karl von Terzaghi
(1883 - 1963)
1925 年，他被派往麻省理工学院担任访问教授，四年后回到 维也纳技术大学任教授。 1938 年德国占领奥地利后， Terzaghi 前往美国，并在哈佛大学任教，直到 1956 年退休。 在此期间的 1943 年，他还出版了《 Theoretical Soil Mechanics 》，在这部不朽的著作中， Terzaghi 就固结理论、 沉降计算、承载力、土压理论、抗剪强度及边坡稳定等问题进 行了阐述。 1963 年 10 月 25 日 , Terzaghi 在马萨诸塞州的 温彻斯特逝世。
2）三相体：颗粒、水、空气，性质复杂。 3）土力学的研究方法：理论＋试验＋经验。
土力学发展的历史
理论提高阶段
—1773, C A Coulomb (France)根据试验创立了著名的砂土抗剪强度公式 ，提出了计算挡土墙土压力的滑楔理论。 —1869, W J M Rankine (UK)又从不同角度 提出了挡土墙土压力理论。 —1885, J Boussinesq (France)求得了弹性半无限空间在竖向集中力作用 下的应力和变形的Boussinesq解。
土的工程性质
钱家欢（1923－1995 ），教授、博士生导师。浙江湖州人。1945年毕 业于浙江大学土木系。1949年获美国伊利诺伊大学研究院土木工程硕 士学位。钱家欢教授毕生从事岩土力学和地基工程的教学和科学研究 工作，并在这一领域作出了卓越的贡献。
《土力学》、《土力学试验》、 《土工原理与计算》
Tower of Pisa
（意大利比萨斜塔）
这是举世闻名的建筑物倾 斜的典型实例。 该塔自1173年 9月8日动工，至1178年在建至 第4层中部，高度约29m时，因 塔明显倾斜而停工。94年后， 于1272年复工，经6年时间，建 完第7层，高48m，再次停工中 断82年。于1360年再复工，至 1370年竣工，全塔共8层，高度 为55m。
William John Maquorn Rankine (1820 - 1872)
1820 年 7 月 2 日 生于苏格兰的爱丁堡， 1872 年 12 月 24 日 逝世于苏格兰的格拉斯哥（ Glasgow ）。
Rankine 被后人誉为那个时代的天才，他在热力学 、流 体力学 及土力学等领域均有杰出的贡献。他建立的土压力理 论，至今仍在广泛应用。
Boussinesq 一生对数学物理中的所有分支（除电磁学 外）都有重要的贡献。在流体力学方面，他主要研究涡流、 波动、固体物对液体流动的阻力、粉状介质的力学机理、流 动液体的冷却作用等方面。他在紊流方面的成就深得著名科 学家 Saint Venant 的赞赏，而在弹性理论方面的研究成就受 到了 Love 的称赞。
理论力学 材料力学 结构力学 弹性力学
流体力学
质点或刚体 连续固体 连续流体
土力学中的假定：
渗透（流）问题：土骨架为刚体 水为粘滞性流体
应力与变形问题：土为弹性体 固结问题：土为弹性体
水为粘滞性流体 土压力、地基承载力和边坡稳定 问题： 刚塑性体 各种特性都有一点的粘弹塑性体
土力学有何特点？
1）天然介质： 种类多 ，变化大，分布形态复杂。
Karl von Terzaghi (1883 - 1963)
Terzaghi 于 1883 年 10 月 2 日 出生于捷克的首都布拉格， 1904 年毕业于奥地利的格拉茨（ Graz ）技术大学，之后成为 土木工程领域的一名地质工程师。 1916 ～ 1925 年期间，他 在土耳其的伊斯坦布尔技术大学和 Bogazici 大学任教，并从 事土的特性方面的研究课题，这也最终导致了他的举世闻名的 《 Erdbaumechanik 》（土力学）于 1925 在维也纳的问世， 该书介绍了他所提出的固结理论以及土压力、承载力、稳定性 分析等理论，标志着土力学这门学科的诞生。
Roscoe 不幸于 1970 年 4 月 10 日 因车祸遇难。
黄文熙（1909-01-03~2001-01-01） 中国土力学与岩土工程学 科的主要奠基人之一。江苏吴江人，生于上海，卒于北京。
黄文熙是水工结构和岩土工程专家，新中国水利水电科学研究 事业的开拓者。1929 年毕业于中央大学（现南京大学）土木 工程系。在水利水电工程、结构工程和岩土工程几个领域中都 取得了杰出的成就。致力于水利水电工程教育事业半个多世纪， 培养了大批工程技术人才。
土力学
百度文库
绪论
土力学的研究内容 土力学学科发展简史 土力学课程结构与后续课程关系 课程的学习方法和要求
绪论
1、什么是土力学？ 2、土有哪些特点？ 3、土力学有何特点？ 4、为什么要学习土力学？ 5、土力学包括哪些内容？ 6、如何学好土力学？
什么是土力学？
土力学 ——研究土体的稳定（强度）、变
形和渗透特性以及与此有关的工程问题 的学科。
Tower of Pisa（意大利比萨斜塔）
塔身呈圆筒形，1~6层由优质大理石砌成，顶部7~8层 采用砖和轻石料。
1590年伽利略在此塔做落体实验，创建了物理学上著 名的落体定律。
斜塔成为世界上最珍贵的历史文物，吸引无数世界各 地游客。全塔总重约145MN，基础底面平均压力约50kPa 。地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层。目前塔向南 倾斜，南北两端沉降差1.80m，塔顶离中心线已达5.27m， 倾斜5.5°，成为危险建筑。1990年1月4日被封闭。除加 固塔身外，用压重法和取土法进行地基处理。目前已向游 人开放。
Coulomb 对土木工程、岩土工程以及自然科学和物理学（ 包括力学、电学和磁学）等都有重要的贡献（如物理学中著名 的库仑定律）。 1774 年当选为法国科学院院士。
1773 年， Coulomb 向法兰西科学院提交了论文“最大最 小原理在某些与建筑有关的静力学问题中的应用”，文中研究 了土的抗剪强度，并提出了土的抗剪强度准则（即库仑定律） ，还对挡土结构上的土压力的确定进行了系统研究，首次提出 了主动土压力和被动土压力的概念及其计算方法（即库仑土压 理论）。该文在 3 年后的 1776 年由科学院刊出，被认为是古 典土力学的基础，他因此也称为“土力学之始祖”。
形成独立学科阶段
—1922, W Fellenius (Sweden)费兰纽斯，为解决铁路塌方问题提出了土坡 稳定分析法。 —1925, 美国K.太沙基（Terzaghi）归纳发展了以往的理论，发表了《土力 学》一书，他被认为是土力学的奠基人。
Charles Augustin de Coulomb (1736 - 1806)